_Х.Уонг

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ И ДАННЫЕ

ПО ТЕПЛООБМЕНУ ДЛЯ ИНЖЕНЕРОВ

СПРАВОЧНИК

Перевод с английского канд. техн. наук В. В. ЯКОВЛЕВА и канд. техн. наук В. И. КОЛЯДИНА

МОСКВА АТОМИЗДАТ 1979

УДК 536.74(031)

УОНГ X. Основные формулы и данные по тепло­обмену для инженеров: Пер. с англ. / Справоч­ник. — М.: Атомиздат, 1979. — 216 с.

В справочнике в виде формул, таблиц н графиков при­ведено наиболее полное количество соотношений и величин, удобных для расчетов конкретных случаев теплопередачи. Рассмотрены, по существу, все основные виды теплопередачи: теплопроводность, конвективный и лучистый теплообмен, теп­лопередача при кипении и конденсации жидкости. Данные могут быть использованы для оценки эффективности теплопе­редачи в активной зоне ядерных реакторов, при разработке н выборе различных типов конструкций твэлов, охлаждаемых однофазными, двухфазными капельными жидкостями илн га­зовым высокотемпературным теплоносителем. Приведенные формулы позволяют определить эффективность теплообменных аппаратов и оценить способность к теплообмену с окружающей средой строительных сооружений.

Справочник весьма полезен для широкого круга инжене­ров, имеющих дело с теплопередачей, разрабатывающих и эксплуатирующих различные энергетические установки (в том числе и ядерные).

Рнс. 162. Табл. 40. Списки литературы 287 наименований.

У - БЗ—42—14—1978-2303010000

Данное издание книги «Основные фор­мулы и данные по теплообмену для ин­женеров» публикуется с разрешения фирмы «Лонгман Гроуп Лимитед»

© Перевод на русский язык, Атомиздат, 1979

ОГЛАВЛЕНИЕ

Перечень таблиц Предисловие . . .

Глава 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

1.1. Виды теплопередачи .................. П

Теплопроводность ................... И

Конвективный теплообмен ............... 12

Лучистый теплообмен.................. 13

Сложный теплообмен.................. 14

1.2. Температурные шкалы н репериые термометрические точки ......................... 16

Список основной литературы .................. 17

Глава 2. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

2.1. Введение........................ 19

2.2. Обозначения...................... '20

2.3. Определения...................... 21

2.4. Параметр теплопередачи и термическое сопротивление 21

2.5. Закон теплоотдачи Ньютона .............. 22

2.6. Теплопроводность прн стационарном режиме...... 23

Одномерные системы................... 23

Двумерные системы................... 24

2.7. Теплопередача оребренных поверхностей........ 24

2.8. Нестационарные процессы теплопередачи........ 24

Тела с неограниченно высокой теплопроводностью ... 38 Тела с низким внешним термическим сопротивлением . 38 Тела с конечными значениями теплопроводности н кон­вективной теплоотдачей на поверхности ......... 40

2.9. Уравнение Фурье — основной закон теплопроводности 41 Список литературы ....................... 49

Глава 3. КОНВЕКТИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН

3.1. Введение........................ 50

3.2. Обозначения...................... 50

3.3. Определения...................... 52

3.4. Естественная конвекция ................ 54

3.5. Вынужденная конвекция................ 55

3.6. Аналогия Рейнольдса ................. 62

3.7. Коэффициент трения и перепад давления в каналах . . 62

3.8. Каналы и трубы .................... 66

3.9. Теплоотдача при внешнем обтекании тел........ 67

3.10. Теплоотдача прн высоких скоростях ......... 75

3.11. Конвективная теплоотдача тел вращения (дисков, ко­нусов, цилиндров и сфер)............... 78

Список литературы ....................... 82

Глава 4. ТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

4.1. Введение........................ 84

4.2. Обозначения...................... 85

4.3. Определения...................... 85

4.4. Абсолютно черное тело и основные законы излучения . 88

Закон Кирхгофа.................... 89

Закон Ламберта .................... 90

Закон Планка .....................90

Закон смещения Винл .................91

4.5. Лучистый теплообмен между двумя абсолютно черными поверхностями.....................92

4.6. Применение алгебраического метода для определения угловых коэффициентов излучения............93

4.7. Лучистый теплообмен между абсолютно черными поверх­ностями, образующими замкнутую область.......109

4.8. Лучистый теплообмен между диффузно-серымн поверх­ностями

........................109

4.9. Защита от теплового излучения ............113

Список литературы .......................116

Глава 5. КИПЕНИЕ И КОНДЕНСАЦИЯ

5.1. Введение........................ 118

5.2. Обозначения...................... 119

5.3. Определения...................... 120

5.4. Теплоотдача при кнпеннн................ 122

5.5. Теплоотдача прн конденсации............. 126

Список литературы....................... 134

Глава 6. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ

6.1 Введение........................136

6-2. Обозначения......................137

6.3. Определения......................138

6.4. Теплообменные аппараты с непосредственной теплопе­редачей ........................141

6.4.1. Расчет теплообменников............. 143

Метод, основанный на определении истинного значения

средней разности температуры............. 143

6 — Л/ГК-метод .................... 145

6.4.2. Теплообменные аппараты пластинчатого типа . . 153

6.5. Теплообменные аппараты с косвенной теплопередачей 153

6.6. Теплообменные аппараты периодического действия . . 155

6.7. Теплообменные аппараты с непосредственным контак­том теплоносителей .................. 156

6.8. Тепловые трубы .................... 157

6.9. Теплопередача жидких металлов............158

С 10. Средства усовершенствования характеристик теплооб-

менных аппаратов ...................158

Оребрепие поверхностей................159

Турбулизаторы. ....................159

Список литературы.......................160

Глава 7. Теплопередача строительных конструкций

7.1. Введение........................ 161

7.2. Обозначения...................... 163

7.3. Определения...................... 164

7.4. Теплопередача конструкций здании .......... 165

7.5. Теплообмен за счет утечки воздуха ........... 169

7.6. Требования к тепловому режиму помещения ...... 172

7.6.1. Конвективный нагрей .............. 174

7.6.2. Нагрев излучением................ 177

7.7. Периодическая теплопередача ............. 177

Список литературы................... 181

Приложения. Единицы и переводные коэффициенты ... 183

Теплофизнческие свойства.........183

Математические функции..........183

Физические свойства............183

Список литературы.......................207

Алфавитно-предметный указатель ................209

ПЕРЕЧЕНЬ ТАБЛИЦ

Таблица 1.1. Основные выражения для теплового потока прн

различных видах теплопередачи 15

Таблица 1.2. Основные реперные термометрические точки прн

атмосферном давлении ■•' 17

Таблица 2.1. Распределение температурыТн тепловой поток в

пластине, цилиндре н полой сфере 25

Таблица 2.2. Параметр теплопередачи различных систем прн

стационарных режимах 26

Таблица 2.3. Распределение температуры и тепловой поток для

различных оребренных поверхностей 36

Таблица 2.4. Соотношения для определения распределения тем­ператур в простых телах с ннзкнм внутренним тер­мическим сопротивлением (X с») 39

Таблица 2.5. Теплопередача н изменение температуры в телах с низким внешним термическим сопротивлением (а - со) 42

Таблица 2.6. Теплоотдача с поверхности н изменение темпера­туры в телах с ограниченными значениями внутрен­него н внешнего термического сопротивления 44

Таблица 2.7. Основные решения некоторых распространенных

дифференциальных уравнений теплопроводности 46

Таблица 2.8. Граничные условия при теплообмене теплопровод­ностью 48

Таблица 3.1. Сравнение параметров естественной н вынужденной

конвекции 51

Таблица 3.2. Теплоотдача прн естественной конвекции для тел

различной формы 56

Таблица 3.3. Коэффициент трення н падонне давления при вы­нужденном течении жидкости в трубах с различным сечением 64

Таблица 3.4. Теплообмен прн вынужденном движении жидкости в цилиндрических трубах с различным поперечным ссченнем 68

Таблица 3.5. Решения задач конвективного теплообмена при омываннн плоских пластин вынужденным потоком жидкости 70

Таблица 3.6. Теплоотдача прн поперечном омываннн воздушным

потоком цилиндров с различным поперечным сеченнем 72

Таблица 3.7. Теплоотдача прн поперечном омываннн жидкостью

пучков труб 74

Таблица 3.8. Формулы для расчета теплоотдачи при высокой ско­рости потока 77

Таблица 3.9. Теплообмен тел вращения 79

Таблица 4.1. Излучательные свойства абсолютно черного тела 89

Таблица 4.2. Константы излучения в уравнениях Планка, Стефа­на—Больцмана н Внна 92

Таблица 4.3. Угловые коэффициенты излучения для двух днф-

фузно отражающих поверхностей 94

Таблица 4.4. Угловые коэффициенты излучения в системах раз­личной геометрии! полученные с использованием коэффициентов табл. 4.3 ПО

Таблица 4.5. Лучистый теплообмен между диффузно-серыми по­верхностями 114 Таблица 5.1. Сравнение эффективности теплообмена при кипении

и конденсации 119

Таблица 5.2. Формулы для определения коэффициента теплоот­дачи при кипении 124 Таблица 5.3. Коэффициенты в уравнениях пузырчатого кипения 126 Таблица 5.4. Формулы для расчета теплоотдачи при конденсации 128 Таблица 6.1. Типы теплообменников с различными схемами дви­жения потоков 136 Таблица 6.2. Типичные распределения температуры 142 Таблица 6.3. Поправочные коэффициенты для расчета истинного

значения средней разности температуры 144

Таблица 6.4. Эффективность теплопередачи теплообменных ап­паратов с непосредственным теплообменом 146 Таблица 6.5. Эффективность теплопередачи двухжидкостных теплообменных аппаратов с косвенным теплообме­ном 154 Таблица 7.1. Формулы для характерных температур, используе­мых при расчетах теплообмена строительных конст­рукций 162 Таблица 7.2. Уравнения для расчета коэффициента теплопередачи

и потерь тепла элементами конструкций зданий 166 Таблица 7.3. Значения коэффициента теплопередачи К для неко­торых наиболее общих конструкционных элементов зданий 170

Таблица 7.4. Потери тепла за счет утечки воздуха 172

Таблица 7.5. Уравнения к расчету количества тепла для поддер­жания необходимого температурного режима поме­щения 175 Таблица 7.6. Уравнения для определения температуры среды внутри помещения при изменении количества под­водимого тепла и периодичности его подвода 179 Таблица 7.7. Некоторые типичные значения 5, 5_а и У 181 Таблица П.1. Переводные коэффициенты в системе единиц СИ 183 Таблица П.2. Некоторые физические константы 185 Таблица П.З. Теплофизические свойства металлов 186 Таблица П.4. Теплофизические свойства жидкостей на линии на­сыщения 198 Таблица П.5. Теплофизические свойства газов при атмосферном

давлении 194

Таблица П.6. Теплопроводность некоторых широко используемых

строительных материалов 199

Таблица П.7. Свойства жидких металлов 200

Таблица П.8. Поверхностное натяжение жидкостей в контакте с воздухом или собственным паром (при комнатной и других указанных температурах) 202

Таблица П.9. Теплота парообразования жидкостей при атмосфер­ном давлении 202 Таблица П. 10. Полная нормальная излучательная способность

различных поверхностен 203

Таблица П.11. Значения функций Бесселя 204

Таблица П. 12. Интеграл вероятности или функция ошибок 206

Посвящается моему брату Янгу

ПРЕДИСЛОВИЕ

В современной технике значение теплопередачи все более и более увеличивается. Очевидность этого подтверждается возрастающим количеством публикаций по вопросам теплопередачи. Инженеры и сту­денты, занимающиеся решением технических проблем теплопередачи, часто вынуждены вести поиск требуемой информации в оригинальных работах или в обширной научной литературе. Однако информация в этих источниках далеко не всегда представлена в приемлемой для ис­пользования форме. Большинство же книг содержат материал, при­годный только для специалистов какой-то конкретной области. Поиск нужной литературы требует много времени и усилий и не всегда приво­дит к лучшему решению проблемы. Очевидно, в настоящее время назрела необходимость в небольшом и недорогом справочнике, который содержал бы основные формулы для расчета теплопередачи, представ­ленные в простой и компактной форме. Написание данной книги и было продиктовано именно этой необходимостью. Книга предназ­начена в основном как справочное пособие для инженеров-практиков, которые могут оценить полезность приведенных в ней формул для сво­ей работы. В книге представлен весьма важный фактический материал и изложены основные принципы теплопередачи, поэтому она может быть использована студентами в качестве дополнительного учебного пособия при изучении различных академических курсов. Преподава­тели и экспериментаторы смогут найти в ней полезную информацию, относящуюся к различным аспектам теплопередачи.

Справочник состоит из семи глав: общие сведения, теплопровод­ность, конвективный теплообмен, тепловое излучение, кипение и кон­денсация, теплообменные аппараты и теплопередача строительных конструкций. Каждая глава начинается с используемых в ней обозна­чений и определений технических терминов. Обозначения объясня­ются всякий раз, когда в приводимых формулах может появиться дву­смысленность или путаница; В основу положена Международная Система единиц (СИ). Для краткости опущены выводы формул. Более подробный анализ их можно найти в учебниках, ссылки на которые при­ведены в конце каждой главы. Включенные в справочник формулы либо общеприняты, либо тщательно отобраны как надежные и прием­лемые. Везде, где было возможно, выражения приведены, учитывая очевидное преимущество такого представления, в безразмерной форме. Это не сделано только для случаев, когда приводимое выражение пред­назначено лишь для специального применения.

Глава по строительной теплопередаче, сведения о которой редко встречаются в обычной литературе, предназначена для читателей, интересующихся проблемами обеспечения требуемого температурного режима зданий. Источником информации послужили в основном пуб­ликации по строительным дисциплинам, по теплообмену и вентиля­ции, а также инструкции и справочная литература по строительным конструкциям. В этом отношении автор особенно благодарен Лон­донскому институту инженерной теплотехники и вентиляции за раз­решение использовать данные, содержащиеся в ШУЕ-А Справочнике за 1970 г. В этот раздел не включены вопросы, относящиеся к влиянию атмосферной турбулентности на теплопередачу строительных соору­жений; это специальная, пока еще недостаточно разработанная тема.

Очевидно, что справочник подобного вида содержит материал, ко­торый по существу почти всецело заимствован из множества других работ, авторам которых я глубоко обязан. И я искренне надеюсь, что моя признательность достаточно полно отражена в ссылках на авторов и их публикации. В тех случаях, когда должная признательность не высказана, я приношу свои искренние извинения. Благодарю также редакторов и лиц, давших разрешение на использование материала для сборника.

Естественно, что, несмотря на проявленное внимание, почти невоз­можно избежать ошибок. Поэтому автор будет признателен любым предложениям читателей по уточнению и улучшению материала, ко­торые будут учтены в последующем издании.